DE20317873U1 - Pixel sensitivity correction application method for pixels in charge-coupled device camera, involves changing laser wavelength - Google Patents

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Abstract

An arrangement is used to change the wavelength of a laser in a series of steps in order to apply a correction for the non uniformity of the sensitivity of pixels in a charge-coupled device (CCD) camera. A Fabry-Perot-Etalon generates a number of ring systems for the camera that are stored in memory. A processor determines the sensitivity of individual pixels based on the ring information.

Description

Bei Lasern dieses Wellenlängenbereichs handelt es sich z. B. um KrF- oder ArF-Excimerlaser und F2-Laser. Diese Laser werden beispielsweise in der Lithographie für die Herstellung von Halbleiterchips benutzt. Die Anforderungen an die Laserstrahleigenschaften sind in der Lithographie besonders hoch und müssen daher ständig kontrolliert und nachgeregelt werden. Diese Kontrolle der Laserstrahleigenschaften wird durch ein Monitormodul (MOM) gewährleistet, welches Bestandteil des Lasers ist und aus diversen Komponenten besteht. Eine Komponente ist z.B. der Energiemonitor, welcher eine UV-taugliche Photodiode beeinhaltet. Eine weitere Komponente des MOM ist ein Fabry-Perot-Etalon und eine CCD (Charge Coupled Device) – Kamera. Mit der CCD-Kamera kann das durch das Fabry-Perot erzeugte Ringsystem aufgenommen werden. Aus diesem Ringsystem kann die Bandbreite der Laserstrahlung ermittelt werden. Die entsprechenden theoretischen Zusammenhänge zwischen registriertem Ringsystem und Bandbreite, sind in gängigen Lehrbüchern der Physik nachzulesen. Die auf die CCD-Kamera auffallende Strahlung führt nach einiger Zeit zu einer geringeren Empfindlichkeit an den bestrahlten Stellen als an den unbestrahlten Stellen, d.h. die CCD-Kamera degradiert an Stellen, wo UV-Licht auftrifft. Typischerweise kann bei den verwendeten CCD-Kameras ab einigen 100 Millionen Laserpulsen eine geringere Empfindlichkeit nachgewiesen werden, es kann sogar vorkommen, dass einzelne Pixel der Kamera vollständig zerstört sind. Das Problem tritt insbesondere auf, wenn nach längerer Zeit die Wellenlänge gewechselt wird und damit durch das Ringsystem zum Teil vorher belichtete und daher degradierte Pixel und zum Teil vorher nicht belichtete (neuwertige) Pixel beleuchtet werden. Durch diese Degradation der CCD-Kamera werden die gemessenen Bandbreiten verfälscht wiedergegeben. Die Bandbreite ist aber ein wichtiger Wert für die Charakterisierung der Laserstrahiqualität und damit für die Herstellung der Halbleiterchips. Beschädigte CCD-Kameras müssen daher ausgetauscht werden und der Produktionsprozeß muß angehalten werden. Diese Wartungsarbeiten am Lasersystem sind insbesondere in der Halbleiterherstellung unerwünscht. Im Stand der Technik ist bekannt ( DE 200 04 616.0 ), dass z.B. UV-Photodioden zur Messung der Leistung von Excimer- und F2-Lasern benutzt werden. Versuche, derartige UV-Photodioden auch zur Messung der Leistung von im UV- und VUV-Wellenlängenbereich emittierenden Lasern einzusetzen, war wenig erfolgreich. In der Praxis hat sich nämlich herausgestellt, dass die hohe Quantenenergie (7,9 eV) der bei 157 nm emittierten Strahlung eines F2-Lasers zu einer raschen Abnahme der Photoempfindlichkeit der UV-Photodioden führt.Lasers in this wavelength range are e.g. B. KrF or ArF excimer lasers and F 2 lasers. These lasers are used, for example, in lithography for the production of semiconductor chips. The requirements for the laser beam properties are particularly high in lithography and must therefore be constantly checked and adjusted. This control of the laser beam properties is guaranteed by a monitor module (MOM), which is part of the laser and consists of various components. One component is the energy monitor, which contains a UV-compatible photodiode. Another component of the MOM is a Fabry-Perot etalon and a CCD (Charge Coupled Device) camera. The ring system created by the Fabry-Perot can be recorded with the CCD camera. The bandwidth of the laser radiation can be determined from this ring system. The corresponding theoretical relationships between the registered ring system and bandwidth can be found in common textbooks in physics. After some time, the radiation incident on the CCD camera leads to a lower sensitivity at the irradiated areas than at the unirradiated areas, ie the CCD camera degrades at locations where UV light is incident. Typically, a lower sensitivity can be detected in the CCD cameras used from a few 100 million laser pulses, and it can even happen that individual pixels of the camera are completely destroyed. The problem arises in particular when the wavelength is changed after a long period of time and thus the ring system illuminates partially previously exposed and therefore degraded pixels and partially previously unexposed (as good as new) pixels. Due to this degradation of the CCD camera, the measured bandwidths are falsified. However, the bandwidth is an important value for the characterization of the laser beam quality and thus for the production of the semiconductor chips. Damaged CCD cameras must therefore be replaced and the production process must be stopped. This maintenance work on the laser system is particularly undesirable in semiconductor production. In the prior art it is known ( DE 200 04 616.0 ) that, for example, UV photodiodes are used to measure the power of excimer and F 2 lasers. Attempts to use such UV photodiodes also for measuring the power of lasers emitting in the UV and VUV wavelength range have been unsuccessful. In practice, it has been found that the high quantum energy (7.9 eV) of the radiation of an F 2 laser emitted at 157 nm leads to a rapid decrease in the photosensitivity of the UV photodiodes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konekturvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der Ungleichmäßigkeiten der Empfindlichkeit einzelner Pixel einer CCD-Kamera ausgeglichen werden können.The invention is based on the object to provide a design device with the unevenness the sensitivity of individual pixels of a CCD camera can be compensated.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Korrekturvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The task is solved by a correction device according to claim 1. The subclaims relate to advantageous refinements and developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Korrekturvorrichtung und der daraus resultierende Korrekturfaktor für jedes Pixel der CCD-Kamera arbeitet wie im Folgenden beschrieben.The correction device according to the invention and the resulting correction factor for each pixel of the CCD camera works as described below.

Die durch die UV-Strahlung hervorgerufene Veränderung der Empfindlichkeit der einzelnen Pixel der CCD-Kamera ist in 1 dargestellt. 1 zeigt die Abhängigkeit des gemessenen Kamerasignals in Abhängigkeit von der Pixelnummer der CCD-Kamera. Die Messwerte 1.1 zeigen das CCD-Kamerasignal einer neuen CCD-Kamera und die Messwerte 1.2 das CCD-Kamerasignal nach 120 Millionen Laserpulsen. Die CCD-Kamera wurde mit einem ArF-Laser bei einer Repetitionsrate von 2 kHz bestrahlt. Der Bereich 1.3 zeigt sehr deutlich, dass sich das Kamerasignal durch die Bestrahlung mit UV-Licht verändert. Bei der verwendeten CCD-Kamera änderte sich die Empfindlichkeit der bestrahlten Pixel im Bereich 1.3 um bis zu 65%. Desweiteren wurde der Einfluß der UV-Laserstrahlung auf den Dunkelstrom der CCD-Kamera bestimmt. Das Ergebnis ist graphisch in 2 dargestellt. Die Messwerte 2.1 zeigen den Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Pixelnummer der CCD-Kamera vor der Bestrahlung mit UV-Laserstrahlung. Die Messwerte 2.2 zeigen den Dunkelstrom nach 120 Millionen Laserpulsen. Der Dunkelstrom steigt nach der Bestrahlung der CCD-Kamera mit UV-Laserstrahlung leicht an.The change in the sensitivity of the individual pixels of the CCD camera caused by the UV radiation is in 1 shown. 1 shows the dependence of the measured camera signal as a function of the pixel number of the CCD camera. The measured values 1.1 show the CCD camera signal of a new CCD camera and the measured values 1.2 the CCD camera signal after 120 million laser pulses. The CCD camera was irradiated with an ArF laser at a repetition rate of 2 kHz. The area 1.3 shows very clearly that the camera signal changes due to the irradiation with UV light. With the CCD camera used, the sensitivity of the irradiated pixels changed in the area 1.3 by up to 65%. Furthermore, the influence of UV laser radiation on the dark current of the CCD camera was determined. The result is graphically in 2 shown. The measured values 2.1 show the dark current as a function of the pixel number of the CCD camera before irradiation with UV laser radiation. The measured values 2.2 show the dark current after 120 million laser pulses. The dark current increases slightly after the CCD camera is irradiated with UV laser radiation.

Im Folgenden wird nun die Korrektur für die Empfindlichkeit der einzelnen CCD-Kamerapixel beschrieben.Below is the correction for the Sensitivity of the individual CCD camera pixels described.

Die Wellenlänge des Lasers wird in 0.05 pm Schritten geändert, bis die gesamte Wellenlängenänderung 4 pm beträgt. Nach jeder Wellenlängenänderung wird ein Ringsystem abgespeichert. 3 zeigt ein typisches Ringsystem, aufgenommen mit einem ArF-Laser Modell A2005 der Fa. Lambda Physik AG. Die Amplituden der einzelnen Interferenzpeaks unterscheiden sich deutlich. Zusätzlich sind nicht alle Peaks ideal symmetrisch. Oft weisen sie Artefakte, wie Schultern oder kleine Signaleinbrüche in den Flanken auf. Die Ursache hierfür können beschädigte Pixel der CCD-Kamera sein. Die k aufgenommenen Ringsysteme Ck werden pixelweise (i =1 – 2048) aufsummiert.The wavelength of the laser is changed in 0.05 pm steps until the total change in wavelength is 4 pm. A ring system is saved after each wavelength change. 3 shows a typical ring system, recorded with an ArF laser model A2005 from Lambda Physik AG. The amplitudes of the individual interference peaks differ significantly. In addition, not all peaks are ideally symmetrical. They often have artifacts such as shoulders or small signal dips in the flanks. This can be caused by damaged pixels of the CCD camera. The k recorded ring systems C k are added up pixel by pixel (i = 1 - 2048).

Figure 00030001
Figure 00030001

Im Ergebnis erhält man ein gemitteltes „Ringsystem" R(i). Da die Ringe der einzelnen Ringsysteme kontinuierlich verschoben sind, entspricht das gemittelte Ergebnis näherungsweise dem Bild einer homogen beleuchteten Kamerazeile. Aus diesem Bild wird die Empfindlichkeit S(i) jedes einzelnen Pixels der CCD-Zeile bestimmt.The result is an averaged "ring system" R (i). Since the rings of the individual ring systems are continuously shifted, the averaged result corresponds approximately to the image of a homogeneously illuminated camera line. The sensitivity S (i) of each individual pixel of the CCD line is determined from this image.

Figure 00040001
Figure 00040001

S(i) ist definiert als Quotient aus der über alle Pixel gemittelten mittleren Empfindlichkeit zum Wert jedes einzelnen Pixels. Damit wird jedem Pixel i ein Korrekturwert S(i) zugeordnet.S (i) is defined as the quotient of the over all pixels averaged mean sensitivity to the value of each individual pixels. Each pixel i is thus assigned a correction value S (i) assigned.

4 zeigt das Ringsystem aus 3 mit vorgenommener Korrektur, nach dem oben beschriebenen Verfahren. Die Amplituden der Interferenzpeaks unterscheiden sich nur noch um wenige Prozent. Gleichzeitig ist die Symmetrie der Peaks gestiegen. Die 5 vergleicht die aus unkorrigierten Ringsystemen berechnete Bandbreite 5.1 mit der aus den gleichen korrigierten Ringsystemen berechneten Bandbreiten 5.2. Die Bandbreiteschwankungen haben sich nach der Korrektur deutlich reduziert. 4 shows the ring system 3 with correction made, according to the procedure described above. The amplitudes of the interference peaks only differ by a few percent. At the same time, the symmetry of the peaks has increased. The 5 compares the bandwidth calculated from uncorrected ring systems 5.1 with the bandwidth calculated from the same corrected ring systems 5.2 , The bandwidth fluctuations have reduced significantly after the correction.

Wie oben schon erwähnt, können durch die UV-Laserstrahlung Pixel der CCD-Kamera vollständig zerstört werden. Damit man die CCD-Kamera aber weiter benutzen kann, wurde ein Algorithmus entwickelt, der einzelne defekte Kamerapixel markiert und codiert. Ein defektes Pixel kann z.B. mit dem Wert 0 codiert werden. Durch ein geeignetes Interpolationsverfahren können defekte Pixel somit ausgeglichen werden. Die CCD-Kamera muß daher trotz einzelner defekter Pixel nicht ausgetauscht werden und die Herstellung von Halbleiterchips kann weiterlaufen.As mentioned above, can by the UV laser radiation pixels of the CCD camera are completely destroyed. So that you can continue to use the CCD camera, an algorithm has been developed developed, the individual defective camera pixels marked and coded. A defective pixel can e.g. can be coded with the value 0. By a suitable interpolation method can compensate for defective pixels become. The CCD camera must therefore not be exchanged despite individual defective pixels and the Manufacturing of semiconductor chips can continue.

Claims (7)

Vorrichtung zur Korrektur von Ungleichmäßigkeiten der Empfindlichkeit von Pixeln einer CCD-Kamera, gekennzeichnet, durch Einrichtungen zum Ändern der Wellenlänge eines Lasers in Schritten von bevorzugt 0,05 pm, ein Fabry-Perot-Etalon zum Erzeugen einer Anzahl (k) von Ringsystemen auf der CCD-Kamera, einen Speicher zum Abspeichern der mit der CCD-Kamera gemessenen Ringsysteme, und einen Rechner zum Ermitteln der Empfindlichkeiten S(i) der einzelnen Pixel aufgrund der abgespeicherten Ringsysteme.Irregularity correction device the sensitivity of pixels of a CCD camera, through facilities for change the wavelength a laser in steps of preferably 0.05 pm, a Fabry-Perot etalon for Generate a number (k) of ring systems on the CCD camera, a memory for storing the ring systems measured with the CCD camera, and a computer for determining the sensitivities S (i) of the individual Pixels due to the saved ring systems. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um die aufgenommenen Ringsysteme Ck pixelweise aufzusummieren:
Figure 00050001
Device according to claim 1, characterized in that the computer is programmed to add up the recorded ring systems Ck pixel by pixel:
Figure 00050001
 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um aus der über die Ringsysteme gebildeten Summe die Empfindlichkeit S(i) jedes einzelnen Pixels der CCD-Kamera zu bestimmen.Device according to claim 2, characterized in that the computer is programmed to from the formed over the ring systems Sum of the sensitivity S (i) of each individual pixel of the CCD camera to determine. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, die Empfindlichkeit S(i) wie folgt zu ermitteln:
Figure 00050002
Figure 00060001
Device according to claim 3, characterized in that the computer is programmed to determine the sensitivity S (i) as follows:
Figure 00050002
Figure 00060001
 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um jedem Pixel (i) der CCD-Kamera einen Korrekturfaktor S(i) zuzuordnen.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the calculator is programmed to each pixel (i) of the CCD camera assign a correction factor S (i). Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner gemäß einem Algorithmus programmiert ist, um defekte Kamerapixel zu markieren und zu codieren.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the computer programs according to an algorithm is to mark and code defective camera pixels. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner programmiert ist, um defekte Pixel zu interpolieren.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the calculator is programmed to fail Interpolate pixels.
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